CN109241677A - 一种综合能源系统rlc暂态模型的能流仿真方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法和装置，根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；根据动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；通过支路的首末端参数，确定支路的能流波动；综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，降低了建模仿真难度，提高了可信度和计算精度，且收敛速率快，完成了异质能流之间的统一建模，解决了综合能源系统动态仿真的多时间尺度问题；本发明可以采用成熟的龙格‑库塔算法求解软件求解综合能源系统RLC暂态模型，降低综合能源系统的仿真计算难度。

Description

一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法和装置

技术领域

本发明涉及综合能源系统技术领域，具体涉及一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法和装置。

背景技术

综合能源系统能够完成电、气、热\冷等各类异质能量的耦合、转化和分配，打破传统能源系统各自独立运行的状态，实现能量的梯级利用，有效提升能源供应的灵活度，提高能源综合利用率和经济收益。

能流仿真是开展综合能源系统运行状态评估、多异质能流协同优化的重要支撑。当前，综合能源系统的能流仿真方法主要沿用传统电、气、热\冷等各领域典型的能量潮流计算方法，如电力系统多采用PQ分解法，流体系统多采用达西公式和Weymouth公式结合牛顿网孔-节点法，热力系统则多采用苏霍夫公式结合工质流法。随后通过能量耦合元件将信息传递给相邻的系统以完成综合能源系统能流计算。由于不同系统之间的耦合性不强，现有综合能源能系统流仿真技术存在以下问题：

1)异质能流系统的建模过程复杂，仿真难度大，所建模型的可信度低，尤其是综合能源系统规模较大时，求解难度急剧增大；

2)不同异质能流系统在时间尺度存在较大差异，开展综合能源系统动态过程数值仿真时难以协调算法步长，计算精度低，收敛速率慢。

发明内容

为了克服上述现有技术中建模仿真难度大、可信度低、计算精度低且收敛速率慢的不足，本发明提供一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；根据动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；通过支路的首末端参数，确定支路的能流波动；综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，降低了建模仿真难度，提高了可信度和计算精度，且收敛速率快。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

一方面，本发明提供一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，包括：

根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

根据所述动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

所述综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，所述RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，包括：

根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

所述根据预先构建的RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备，包括：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

所述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

所述不可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

所述可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

所述热力系统的RLC元件模型包括导热传热过程RLC元件模型和对流传热过程RLC元件模型；

所述导热传热过程RLC元件模型按下式构建：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

所述对流传热过程RLC元件模型按下式构建：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

所述能量转化元件模型包括广义变压器模型和广义回转器模型；

所述广义变压器模型按下式构建：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

所述广义回转器模型按下式构建：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

所述支路的能流波动按下式确定：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。

另一方面，本发明还提供一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，包括：

动态仿真初值确定模块，用于根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

仿真模块，用于根据所述动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

能流波动确定模块，用于通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

所述综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，所述RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

所述装置还包括建模模块，所述建模模块包括：

描述单元，用于根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

网络拓扑确定单元，用于根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

建模单元，用于根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

所述描述单元具体用于：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

所述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

所述建模单元包括第一建模单元和第二建模单元；

所述第一建模单元按下式构建不可压缩流体的RLC元件模型：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

所述第二建模单元按下式构建可压缩流体的RLC元件模型：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

所述建模单元包括第三建模单元和第四建模单元；

所述第三建模单元按下式构建导热传热过程RLC元件模型：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

所述第四建模单元按下式构建对流传热过程RLC元件模型：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

所述建模单元包括第五建模单元和第六建模单元；

所述第五建模单元按下式构建广义变压器模型：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

所述第六建模单元按下式构建广义回转器模型：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

所述能流波动确定模块按下式确定支路的能流波动：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：

本发明提供的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法中，根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；根据动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；通过支路的首末端参数，确定支路的能流波动；综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，降低了建模仿真难度，提高了可信度和计算精度，且收敛速率快；

本发明提供的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置中，动态仿真初值确定模块，用于根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；仿真模块，用于根据动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；能流波动确定模块，用于通过支路的首末端参数，确定支路的能流波动；综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，降低了建模仿真难度，提高了可信度和计算精度，且收敛速率快；

本发明提供的综合能源系统RLC暂态模型完成了异质能流之间的统一建模，解决了综合能源系统动态仿真的多时间尺度问题；

本发明可以采用成熟的龙格-库塔算法求解软件求解综合能源系统RLC暂态模型，降低综合能源系统的仿真计算难度。

附图说明

图1是本发明实施例1中综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法流程图；

图2是本发明实施例1中感应电动机的能量网络等值模型示意图；

图3是本发明实施例1中离心泵的能量网络模型示意图；

图4是本发明实施例1中电力-流体耦合综合能源系统示意图；

图5是本发明实施例1中综合能源能量系统的网络拓扑结构图；

图6是本发明实施例1中离心泵出口处体积流率动态仿真结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例1

本发明实施例1提供了一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，具体流程图如图1所示，具体过程如下：

S101：根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

S102：根据动态仿真初值，采用龙格-库塔算法对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

S103：通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

上述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

流体系统和热力系统中，支路为管道，电力系统中，支路为线路。

综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

上述的电力系统的RLC元件模型基于RLC暂态电路构建。

综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，包括：

根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

根据预先构建的RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备，包括：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

上述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

由于阻性元件描述耗散过程，感性元件描述惯性过程，容性元件描述弹性过程，所以本发明实施例1中的不可压缩流体的RLC元件模型用于描述能量耦合设备的耗散过程和惯性过程，可压缩流体的RLC元件模型用于描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

针对不可压缩流体，以体积流率为广延量，压强为强度量，根据Navier-Stokes方程和能量网络理论，得到不可压缩流体的RLC元件模型，不可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

针对可压缩流体，以质量流率为广延量，压强为强度量，根据连续性公理，得可压缩流体的RLC元件模型，可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

综合能源系统考虑传热时，热力系统只会单向地趋于平衡态，不会发生振荡运动，故传热学中没有热感这一概念，因此热力系统建模不考虑感性元件模型。上述热力系统的RLC元件模型包括导热传热过程RLC元件模型和对流传热过程RLC元件模型；由于阻性元件描述耗散过程，容性元件描述弹性过程，所以本发明实施例1中的导热传热过程RLC元件模型用于描述能量耦合设备的耗散过程，对流传热过程RLC元件模型用于描述能量耦合设备的耗散过程和弹性过程。

导热传热过程，以温度为强度量，以热流率为广延量，根据传递公理，得导热传热过程RLC元件模型，导热传热过程RLC元件模型按下式构建：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

对流传热过程，以温度为强度量，以质量流率为广延量，得对流传热过程RLC元件模型，对流传热过程RLC元件模型按下式构建：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

上述能量转化元件模型包括广义变压器模型和广义回转器模型；

本领域技术人员公知，变压器特指电力系统的变压器，本发明实施例1中的广义变压器为适用于电力系统、热力系统和流体系统的变压器，同样，本发明实施例1中的广义回转器也为适用于电力系统、热力系统和流体系统的回转器。

广义变压器是指：能量流过时，功率不变，广义变压器入口端的广延量和强度量差与出口端的广延量和强度量差均以预设的变换比变化；上述广义变压器模型按下式构建：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

广义回转器包括：能量流过时，广义回转器入口端的广延量和出口端的的强度量差以预设的变换比变化，且广义回转器出口端的广延量和入口端的强度量差以预设的变换比变化；上述广义回转器模型按下式构建：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

可以利用上述过程建立包括感应电动机的能量网络等值模型和离心泵的能量网络模型的能量耦合设备模型。以阻性元件代表电动机转速差、轴承摩擦及转子摩擦特性，以感性元件代表转子及轴的转动惯量特性，以容性元件代表机轴的柔度特性，根据能量传输的顺序连接基本元件，构建感应电动机的能量网络等值模型，如图2所示，其中R_mw是阻性元件，代表电动机转速差；R_mf是阻性元件，代表电动机轴承摩擦及转子摩擦特性；L_mx是能量惯性的感性元件，代表转子及轴的转动惯量特性；C_mk是储存能量的容性元件，代表机轴的柔度等特性；GY为广义回转器元件，表示机电转换关系；k_m为感应电机内广义回转器的转矩转换系数；H_i为感应电机定子电流；H_ω为感应电机的转子角速度；ΔX_E为感应电机定子两端的电压差；ΔX_T为感应电机转子转矩。

以阻性元件代表应离心泵转子摩擦特性、泄露特性与阀门出口压力损失特性，以感性元件对应离心泵转子转动惯量特性，根据能量传输的顺序连接基本元件，构建离心泵的能量网络模型，如图3所示，图3中，R_pf为阻性元件，代表离心泵转子摩擦特性；R_pξ为阻性元件，代表离心泵泄露特性；R_pr为阻性元件，代表离心泵阀门出口压力损失特性；L_px为储存能量的感性元件，代表离心泵转子转动惯量特性；ΔX_T为离心泵的输入转矩，H_ω为离心泵的输入角速度，X_P为离心泵的输出压力；H_qV为离心泵的输出体积流量，r_p为叶轮回旋器模数，即离心泵内广义回转器GY的回转系数。

某电力-流体耦合综合能源系统如图4所示，实线代表电力网络，传输电能；虚线代表流体网络，传输热能；电力网络与流体网络依靠离心泵TM(由感应电动机提供动力)和热负荷(P_T＝P_Th+P_Te)耦合在一起。P_Th代表用户侧换热器提供的热量；P_Te代表电热器提供的热量；S_e为电源；S_T为热源，输入流体的温度保持不变；n₁、n₂为电力网络各节点编号；n₃～n₆为流体网络各节点编号；b₁、b₂为电力网络各支路编号；b₃～b₇为流体网络各支路编号；①、②为电力网络各回路编号；③为流体网络的回路编号。

基于图4，确定如图5所示的综合能源能量系统的网络拓扑，图4中，n₁、n₂为电力网络各节点编号；n₃～n₆为流体网络各节点编号；n₇～n₁₃为由离心泵与感应电机组成的能量耦合设备内的网络节点编号。b₁、b₂为电力网络各支路编号；b₃～b₇为流体网络各支路编号；b₈～b₁₆为由离心泵与感应电机组成的能量耦合设备的各元件支路编号。①、②为电力网络各回路编号；③为流体网络的回路编号；④、⑤为能量耦合设备内感应电机的网络回路编号；⑥、⑦则为能量耦合设备内离心泵的网络回路编号。

上述S103中，支路的能流波动按下式确定：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。

为了验证本发明实施例1的有效性，基于图4，对三种不同扰动发生后的能量网络响应进行时域仿真，该三种扰动分别为：(1)电网侧电压源S_e突变，其电压有效值由220V下降至218V；(2)增大热网侧离心泵的出口阀门开度，阀门阻力系数突变为R_pr＝10；(3)减小热网侧离心泵的出口阀门开度，阀门阻力系数突变为R_pr＝20。

以流体网络出口处的流量作为仿真结果，得到如图6的离心泵出口处体积流率动态仿真结果，从图6可以看出，当扰动1发生时，电压突变首先冲击感应电动机，由于感应电机自身的惯性作用，振荡将持续十多秒钟，电动机转速与转矩的大幅度下降导致离心泵出口的体积流量H₄随着震荡逐步减小；当扰动2发生时，离心泵出口阀门开度突然增大，阀门对离心泵产生的阻力减小，离心泵体积流量H₄增大，但由于感应电机以及离心泵的惯性作用，存在震荡现象；当扰动3发生时，离心泵出口阀门开度突然减小，与扰动2相反，阀门对离心泵产生的阻力增加，离心泵体积流量H₄减小，并由于惯性作用发生十数秒的震荡。

从仿真结果来看，采用综合能源系统暂态能流仿真方法所实现的综合能源系统动态仿真与实际工况十分接近，证明了能量网络理论体系的简易性以及在一定精度范围内的可行性。

实施例2

基于同一发明构思，本发明实施例2还提供一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，包括动态仿真初值确定模块、仿真模块和能流波动确定模块，下面对上述几个模块的功能进行详细说明：

动态仿真初值确定模块，用于根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

仿真模块，用于根据动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

能流波动确定模块，用于通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

上述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，所述RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

本发明实施例2提供的装置还包括建模模块，建模模块包括：

描述单元，用于根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

网络拓扑确定单元，用于根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

建模单元，用于根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

描述单元具体用于：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

上述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

建模单元包括第一建模单元和第二建模单元；

上述第一建模单元按下式构建不可压缩流体的RLC元件模型：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

上述第二建模单元按下式构建可压缩流体的RLC元件模型：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

建模单元包括第三建模单元和第四建模单元；

上述第三建模单元按下式构建导热传热过程RLC元件模型：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

上述第四建模单元按下式构建对流传热过程RLC元件模型：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

建模单元包括第五建模单元和第六建模单元；

上述第五建模单元按下式构建广义变压器模型：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

上述第六建模单元按下式构建广义回转器模型：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

能流波动确定模块按下式确定支路的能流波动：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。

为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (14)

1.一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，包括：

根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

根据所述动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

2.根据权利要求1所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，所述RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建，包括：

根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

3.根据权利要求1所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述根据预先构建的RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备，包括：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

4.根据权利要求3所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

所述不可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

所述可压缩流体的RLC元件模型按下式构建：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

5.根据权利要求3所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述热力系统的RLC元件模型包括导热传热过程RLC元件模型和对流传热过程RLC元件模型；

所述导热传热过程RLC元件模型按下式构建：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

所述对流传热过程RLC元件模型按下式构建：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

6.根据权利要求1所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述能量转化元件模型包括广义变压器模型和广义回转器模型；

所述广义变压器模型按下式构建：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

所述广义回转器模型按下式构建：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

7.根据权利要求1所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真方法，其特征在于，所述支路的能流波动按下式确定：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。

8.一种综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，包括：

动态仿真初值确定模块，用于根据预先构建的综合能源系统RLC暂态模型，确定动态仿真初值；

仿真模块，用于根据所述动态仿真初值，对综合能源系统RLC暂态模型进行仿真得到综合能源系统中各支路首末端参数；

能流波动确定模块，用于通过所述支路的首末端参数，确定支路的能流波动；

所述综合能源系统RLC暂态模型基于RLC元件模型和能量转化元件模型构建。

9.根据权利要求8所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述综合能源系统包括流体系统、热力系统和电力系统中的任意两种至全部，所述RLC元件模型包括流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型中的任意两种至全部；

所述装置还包括建模模块，所述建模模块包括：

描述单元，用于根据RLC元件模型和能量转化元件模型，描述综合能源系统的能量耦合设备；

网络拓扑确定单元，用于根据综合能源系统的能流路线连接各能量耦合设备，构成综合能源系统的网络拓扑；

建模单元，用于根据网络拓扑中随机选择的参考节点，采用广义基尔霍夫定律建立综合能源系统RLC暂态模型。

10.根据权利要求9所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述描述单元具体用于：

基于能量转化元件模型，描述不同能源之间的转化过程；

基于流体系统的RLC元件模型、热力系统的RLC元件模型和电力系统的RLC元件模型描述能量耦合设备的耗散过程、惯性过程和弹性过程。

11.根据权利要求9所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述流体系统的RLC元件模型包括不可压缩流体的RLC元件模型和可压缩流体的RLC元件模型；

所述建模单元单元包括第一建模单元和第二建模单元；

所述第一建模单元按下式构建不可压缩流体的RLC元件模型：

式中，ρ_V为不可压缩流体的密度，l_V为不可压缩流体所经过的管道长度，μ_V为不可压缩流体运动粘性系数，A_V为不可压缩流体所经过的管道横截面积，H_V为不可压缩流体的广延量，X_V为不可压缩流体的强度量，R_V为不可压缩流体流动过程的阻性元件，L_V为不可压缩流体流动过程的感性元件；

所述第二建模单元按下式构建可压缩流体的RLC元件模型：

式中，l_M为可压缩流体所经过的管道长度，k_M为可压缩流体所经过的管道沿程阻力系数,a_M为扰动波传递的速度，A_M是可压缩流体所经过的管道横截面积，H_M为可压缩流体的广延量，X_M为可压缩流体的强度量，R_M为可压缩流体流动过程的阻性元件，L_M为可压缩流体流动过程的感性元件，C_M为可压缩流体流动过程的容性元件。

12.根据权利要求9所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述建模单元包括第三建模单元和第四建模单元；

所述第三建模单元按下式构建导热传热过程RLC元件模型：

λ_e＝K_eX_e

式中，A_e为导热传热过程中流体流经管道的横截面积，K_e为导热传热过程中流体流经管道的广延量的传递系数，λ_e为导热传热过程中等效能量传递系数；r₁为导热传热过程中流体流经管道内径，r₂为导热传热过程中流体流经管道外径，X_e为导热传热过程中流体的强度量，为导热传热过程中流体流经管道内径处的强度量，为导热传热过程中流体流经管道外径处的强度量，H_e为导热传热过程中流体的广延量，R_e为导热传热过程的阻性元件，dr_e为导热传热过程中流体流经管道管径积分变量；

所述第四建模单元按下式构建对流传热过程RLC元件模型：

C_T＝ρ_Tr_Tc_T

式中，c_T为对流传热过程中流体比热容，H_T为对流传热过程中流体的广延量，X_T,i为对流传热流入控制体的强度量，X_T,o为对流传热过程流出控制体的强度量，X_T,a为环境的强度量，r_T为对流传热过程中流体流经管道半径，ρ_T为对流传热过程中流体密度，C_T为对流传热过程的容性元件，R_T为对流传热过程的阻性元件。

13.根据权利要求9所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述建模单元包括第五建模单元和第六建模单元；

所述第五建模单元按下式构建广义变压器模型：

式中，ΔX₂为广义变压器出口端的强度量差，ΔX₁为广义变压器入口端的强度量差，H₂为广义变压器出口端的广延量，H₁为广义变压器入口端的广延量，r为广义变压器的变换比；

所述第六建模单元按下式构建广义回转器模型：

式中，ΔX₄为广义回转器出口端的强度量差，ΔX₃为广义回转器入口端的强度量差，H₄为广义回转器出口端的广延量，H₃为广义回转器入口端的广延量，k为广义回转器的变换比。

14.根据权利要求8所述的综合能源系统RLC暂态模型的能流仿真装置，其特征在于，所述能流波动确定模块按下式确定支路的能流波动：

ΔE＝X_EH_xE-X_AH_xA

式中，ΔE为支路的能流波动，X_E为管道末端截面的强度量，X_A为管道首端截面的强度量，H_xE为流经管道末端截面广延量的流率，H_xA为流经管道首端截面广延量的流率。